Kvalitetssäkrad arbetsprocess vid 3Dmodellering

Transkript

1 vid 3Dmodellering av byggnader Baserat på underlag från ritning och 3D-laserskanning Quality assurance work process for 3D modeling of buildings Based on data from drawing and 3D laser scanning Författare: Uppdragsgivare: Handledare: Examinator: Examensarbete: Johnny Fjärdsjö Nasir Muhabatt Zada Cad-Q AB Anders Moberg, Cad-Q AB Ahmadreza Roozbeh, KTH ABE Per Roald, KTH ABE 15 högskolepoäng inom Byggteknik och Design Godkännandedatum: Serienr: BD 2014;03

2 ii Johnny Fjärdsjö & Nasir Muhabatt Zada

3 Sammanfattning Tidigare vid ombyggnation, försäljning och förvaltning av byggnader som var uppförda innan 80-talet utgick fastighetsägarna från enkla handritade pappersritningar. Det är en svår utmaning att hålla ritningen uppdaterad till verkliga förhållanden d.v.s. relationsritning. För ca 25 år sedan (i början på 80-talet) byttes papper och penna ut mot avancerade ritprogram (CAD) för framtagning av ritningar. Idag används CAD i stort sett för all nyprojektering och de senaste åren har utvecklingen gått mot en större användning av 3D-underlag än tidigare 2Dritningar. Den stora fördelen med att projektera i 3D är att en virtuell modell skapas av hela byggnaden för att få en bättre kontroll av ingående byggdelsobjekt och även att fel kan upptäckas i tidigare skeden än på byggarbetsplatsen. Genom att börja bygga en virtuell byggnad i 3D från första skedet och succesivt fylla den med mer relevant information i hela livscykeln får man en komplett informationsmodell. Ett av kraven som ställs på fastighetsägarna vid ombyggnation och förvaltning är att tillhandahålla korrekt information och uppdaterade ritningar. Det skall vara enkelt för entreprenören att avläsa ritningarna. I rapporten beskrivs en effektiviserad arbetsprocess, metoder, verktyg och användningsområden för framtagning av 3D-modeller. Detta arbete avser att leda fram till en metodbeskrivning som skall användas för erfarenhetsåterföring. Arbetet skall också vara ett underlag som skall användas för att beskriva tillvägagångsättet att modellera från äldre ritningar till 3D-modeller. Metodbeskrivningen kommer att förenkla förståelsen för modellering för både fastighetsägaren och inom företaget, samt höja kvalitén på arbetet med att skapa CAD-modeller från de olika underlag som används för modellering. Nyckelord: 3D-modell, modellering, punktmoln, process, underlag, laserskanning iii

4 iv Johnny Fjärdsjö & Nasir Muhabatt Zada

5 Abstract The use of hand drawn construction model was the only way of development, rebuilding, sales and real estate management before the 80 s. However, the challenge was to preserve the drawings and maintain its real condition. To make things work faster and easier the development of advanced drawing software (CAD) was introduced which replaced the traditional hand drawn designs. Today, CAD is used broadly for all new constructions with a great success rate. However, with the new advanced technology many engineers and construction companies are heavily using 3D models over 2D drawings. The major advantage of designing in 3D is a virtual model created of the entire building to get a better control of input construction items and the errors can be detected at earlier stages than at the construction sites. By modifying buildings in a virtual model in three dimensions yet at the first stage and gradually fill it with more relevant information throughout the life cycle of buildings to get a complete information model. One of the requirements from the property owners in the redevelopment and management is to provide accurate information and updated drawings. It should be simple for the contractor to read drawings. This report describes a streamlined work processes, methods, tools and applications for the production of 3D models. This work is intended to lead to a methodology and to be used as well as for passing on experience. This report will also be a base to describe the approach to model from older drawings into 3D models. The method description will simplify the understanding of model for both the property owners and for companies who creates 3D models. It will also increase the quality of the work to create CAD models from the different data used for modeling. Keywords: 3D model, modeling, point cloud, processing, documentation, laser scanning v

6 Förord Detta examensarbete omfattar 15hp och görs som avslutning på högskoleingenjörsprogrammet Byggteknik & Design 180hp på Kungliga Tekniska Högskolan i Haninge. Vi vill ta tillfället i akt att tacka alla som bidragit till examensarbetet som har utförts i samarbete med Cad-Q AB under perioden mars till juni år Först och främst vill vi rikta ett stort tack till vår handledare på Cad-Q, Anders Moberg, som har väglett oss genom hela arbetet och hjälpt till vid svårigheter och problem som uppstått under arbetets gång. Fler personer som vi också vill tacka på Cad-Q är Joakim Danielsson, Bo G Ericsson, Monica Svensson, Kenny Åhman och William Westin för att de tog sig tid till att låta oss träffa dem, deras hjälpsamhet och deras bidrag till rapporten. Ett stort tack riktas också till vår handledare på KTH, Ahmadreza Roozbeh, som utöver allmän rådgivning varit till stor hjälp med sina tankar och idéer till rapportens innehåll. Avslutningsvis vill vi även tacka Esbjörn Nordesjö, Simpleworks AB. Genom att visa oss hur en laserskanning går till i praktiken, och de material vi har fått ta del av i form av bilder, har legat till grund för en del i denna rapport. Stockholm, juni 2014 Johnny Fjärdsjö Nasir Muhabatt Zada vi

7 Begrepp I detta avsnitt redovisas några viktiga begrepp som är nödvändigt att känna till för en bättre förståelse av rapporten. CAD 2D-CAD 3D-modell BIM Revit Digitalisering Laserskanning Punktmoln Måltavlor Rasterfiler Fixpunkt Totalstation HyperDoc HyperHouse SuperEdit Dokumentnavet Computer Aided Design (avancerade ritprogram) Tvådimensionell Computer Aided Design Tredimensionell modell Building Information Modeling, Byggnadsinformationsmodell BIM-programvara för byggprojektering från Autodesk Inc. Ändrar ritningen från pappersformat till datafil Metod för att ta tredimensionella bilder av ett objekt Resultat av laserskanning som bildar ett 3D-objekt Papperstavlor som används som referenser vid laserskanning Inskannade pappersritningar (med format TIF eller CALS) Noggrant inmätta punkter med kända koordinater Används för att mäta avstånd och vinklar Används för arkivering och hantering av ritningar Används för att se digitala ritningar och dokument på internet Används för städning och redigering av inskannade ritningar Cad-Q:s arkiv för hantering av original handlingar vii

8 viii Johnny Fjärdsjö & Nasir Muhabatt Zada

9 Innehåll Sammanfattning... iii Abstract... v Förord... vi Begrepp... vii 1 Inledning Bakgrund Syfte Avgränsningar Lösningsmetoder Nulägesbeskrivning Cad-Q Nuläget Faktainsamling Övergripande arbetsprocess Inledning Upphandling Sammanställning av underlag Förberedning Modellering Avslutning Arbetsprocess vid pappers-/cad-ritning som underlag Upphandling Sammanställning av underlag Förberedning Modellering Avslutning Laserskanning Metodiken bakom laserskanning Terrester laserskanning Impulsmetod (time-of-flight) ix

10 6.4 Fasskillnadsmetod Tillverkare Leica Geosystems Produkter och mjukvara FARO Produkter och mjukvara Produkter och mjukvara Arbetsprocess vid laserskanning som underlag Upphandling Sammanställning av underlag Förberedning och utförning Registrering och databearbetning Modellering Avslutning Slutsatser Reflektioner Checklista vid upphandling av ett projekt Underlag - ritningar Underlag - laserskanning Rekommendationer Referenser Elektroniska källor Muntliga källor Bilagor x

11 1 Inledning I detta avsnitt beskrivs bakgrund och syfte med rapporten, samt några avgränsningar för att inrikta oss i det specifika ämnet. Avslutningsvis redovisas de lösningsmetoder som kommer att användas för att utföra rapporten. 1.1 Bakgrund Det här examensarbetet har utförts på uppdrag av Cad-Q som är ett IT-baserat företag. En del av Cad-Q:s verksamhet utgörs av att genomföra uppritning/3d-modellering av byggnader för fastighetsägare. Att upprätta en 3D-modell behövs för att få bättre kontroll och tillgänglighet på areor, volymer och byggnadsdelar för effektivare drift- och förvaltningsprocesser. Till de gamla befintliga byggnader som uppförts innan 3D-tekniken, har det enbart funnits tillgång till handritade ritningar. Framförallt till de byggnader som byggdes innan 60-talet var ritningarna varken av bra kvalitet uppdaterade eller innehöll fullständig information, alternativt saknades helt. Det förekom även äldre CAD-ritningar till nyare byggnader men som enbart innehöll enkla geometrier såsom linjer, cirkelbågar, text etc. Exempelvis är en vägg i CAD-ritning representerad av 2 parallella linjer och inte ett sammanhållet byggdelsobjekt med information på samma sätt som det är i en BIM-modell. Att använda dessa ritningar vid projektering och förvaltning kan orsaka många fel och ekonomiska konsekvenser för alla parter som är inblandade i projektet. Därför behövs uppdateringar av dessa ritningar som på ett enkelt sätt kan göras med en 3D-modell. Det är fördelaktigt för fastighetsägarna att använda sig av 3D-modeller för att den innehåller mycket information och kan vara lätta till hands vid projektering. Fastighetsägare vill använda BIM-modeller som grund för korrekt dokumentation av fastighetens area, volym och på ett attraktivt sätt presentera ett verklighetsperspektiv till sina kunder. Information som erhålls från modellen används som underlag för prissättning per kvadratmeter, upprätta städytor, uthyrning av lokaler etc. En korrekt måttsättning på areor innebär större vinster för företagen vid mängdberäkning av material och används som projekteringsunderlag vid till- och ombyggnation av fastigheter (se bilagor 7-8 för exempel på 3D-modeller). 1

12 Figur 1.1. Visar en BIM-modell i plan vy. Under mitten av 90-talet upprättades de första 3D-modellerna i samband med datorns utveckling. För uppritning av en byggnadsmodell i Revit behövs tydliga underlag, antingen genom pappersritningar eller med underlag som tas fram genom inmätning i fält med laserskanning. I dagsläget är det flera miljoner ritningar som inte är digitaliserade eller som inte är uppdaterade. I den här rapporten beskrivs hur 3D-modeller upprättas med underlag från ritningar och från laserskanning. Figur 1.2. Visar ett punktmoln (se begrepp) som används som underlag. 2

13 1.2 Syfte Rapporten avser att leda fram till en arbetsprocess som skall användas för att kvalitetssäkra arbetet med att skapa 3D-modeller från de olika underlag som används vid modellering. En kvalitetssäkring av arbetet innebär att processen följs stegvis och sedan stämmer av de moment som är utförda. Den arbetsprocess som följs idag är inte dokumenterad, utan är beroende av individer som av erfarenhet vet vilka moment som skall utföras. Med anledning av detta behövs en tydlig dokumentation av tillvägagångssättet att gå från äldre underlag till 3D-modeller och som sedan skall användas för erfarenhetsåterföring vid kommande projekt. Rapport avser även att användas för att öka förståelsen för fastighetsägarna om fördelarna med en 3D-modell och kunna ta del av hur Cad-Q utför olika moment. 1.3 Avgränsningar Det finns ett antal leverantörer av Cad-modelleringsverktyg (BIM) men den här rapporten är begränsad till att bara använda Autodesk:s programvara Revit med punktmolnsmotorn ReCap (se avsnitt 7.2.2). Detta för att kunna utnyttja förkunskaperna från utbildningen, samt att minska rapportens omfattning och göra det mer specifikt för företaget. En annan avgränsning är att laserskanning och modellering används inom flera områden såsom processindustri, anläggningar (vägar, tunnlar mm) men rapporten är främst inriktad till byggnader. Att utföra en laserskanning kan ske från markburen uppställning, från flyg eller från bil, men även här avgränsas rapporten till att bara utgå från markburen laserskanning. Det finns flera typer av skannrar från samma tillverkare men i avsnitt 6.5 redovisas de vanligaste typerna som används på den svenska marknaden. 3

14 1.4 Lösningsmetoder Metoder som användas för att dokumentera processen är: Intervjuer med CAD-operatörer för att identifiera och beskriva problemställningar Besök och medverkan på plats hos Cad-Q Besök och medverkan på plats när laserskanning utförs Analys av arbetsprocessen Dessa metoder ger en fördjupning av tillvägagångsättet för att modellera som kommer ligga till grund för rapporten. För att rita en 3D-modell av en byggnad används två typer av underlag: Befintliga pappersritningar (skannade eller äldre CAD-ritningar) 3D-laserskannade punktmoln från inmätning i fält I de fall det finns underlag som är av tillräckligt bra kvalitet kan befintliga ritningar utgöra underlag för modellering för att i efterhand uppdateras till gällande relation. Den färdiga modellen kan sedan utgöra underlag för automatisk areaberäkning på utrymmesnivå och importeras i stödsystem för drift- och underhåll. Figur 1.3. En tydlig ritning som används för 3D-modellering. Källa: Joakim Danielsson. 4

15 Om underlagen bedöms vara oanvändbara eller bristfälliga i relation där tidigare om- och till byggnationer inte finns dokumenterat krävs inmätning i fält. Den nu tillgängliga tekniken med 3D-laserskanning är den metod som växer fram alltmer och bedöms bli den metod som kommer att användas i framtiden. Figur 1.4. En dålig ritning som inte kan användas som underlag för 3D-modellering och laserskanning bör övervägas. Källa: Joakim Danielsson. 5

16 6 Johnny Fjärdsjö & Nasir Muhabatt Zada

17 2 Nulägesbeskrivning I detta avsnitt ges en introduktion om företaget där denna rapport har utförts och en kort beskrivning om ritningshantering och användning av pappersritningar i praktiken. 2.1 Cad-Q Cad-Q AB grundades 1989 och har cirka 250 kvalificerade medarbetare på ett 20-tal kontor i Sverige, Norge, Danmark, Finland och Storbritannien. Cad-Q ägs av det börsnoterade företaget Addnode och är ledande leverantörer av modell- och ritningsrelaterad IT inom Norden. De arbetar med implementering av programvaror, utbildning, support och IT-stöd av CAD-relaterade system till bygg-, fastighets- och industrisektorn. De erbjuder helhetslösningar baserade på CAD-system samt egenutvecklade kompletterande system inom digital ritningsrelaterad information. Områden de arbetar inom är Bygg/Infra, Fastighet och Industri. Cad-Q erbjuder varje kund en unik lösning med varierande komplexitet baserad på behov och verksamhet. Tillsammans med kunder skapar konsulterna ett helhetskoncept som effektivt sänker kostnader, förkortar ledtider och utvecklar verksamheten (Moberg, 2014). 7

18 2.2 Nuläget Under alla år har det använts pappersritningar på byggarbetsplatsen för att utföra ett arbete. Att bevara dessa pappersritningar och hålla dem uppdaterade kräver både tid och utrymme, men genom att digitalisera ritningarna blir det betydligt enklare för yrkesarbetare att hämta in den byggtekniska informationen som efterfrågas och lättare att bevara och hålla dem uppdaterade. För att öka yrkesarbetarnas förståelse för uppbyggnaden av konstruktionen, installationer osv. kan en 3D-modell användas som speglar byggnaden i verkligheten istället för ritningar med bara måttsättningar och text. Vissa fastighetsägare kan ha en uppfattning om att 3Dmodellen inte blir lönsam. Men genom att kunna ange rätt pris för uthyrning av areor, försäljning av yta, mängdberäkning och att använda det som rätt underlag inför projektering tar vinsterna ut kostnaderna för modellering. Som ett exempel var det en kund till Cad-Q som ville digitalisera sina ritningar för att få koll på hur mycket area som de hyrde ut. När modellen var färdig och rätt areor beräknades framkom det att fastighetsägaren hade missat att ta betalt för ett stort antal kvadratmeter på grund av icke uppdaterade ritningar. Figur 1.6. Symboliserar en yrkesarbetare som har svårt att avläsa och hantera flera ritningar samtidigt. 8

19 3 Faktainsamling I detta avsnitt beskrivs hur tillvägagångssättet har sett ut för att samla kunskap och fakta till att utföra denna rapport. Nedan beskrivs kortfattat också syftet med studiebesöken i Stockholm, Göteborg och Karlstad där möten med företag och personer ägt rum. För att få en mer fördjupad förståelse inom arbetsprocessen för digitalisering av ritningar kontaktades utvalda personer som ansvarar för olika moment i processen. Som underlag för att förstå processen var det viktigt att sätta sig in i varje delmoment. Eftersom processen är specifik för just Cad-Q förekommer därför ingen litteratur eller fakta på nätet som publicerats för allmänheten. Material som ligger till grund för arbetet är processkartor, beskrivningar och bilder som gjorts tillgängligt genom personintervjuer (se intervjufrågor i bilagorna). Personer som har intervjuats har yrkesrollerna upphandlare, projektledare, modellerare, de som utför laserskanning och programkunniga inom området. Detta har varit nödvändigt för att kunna sätta sig in i och förstå arbetsprocessen för att kunna förbättra och effektivisera den. Mer kunskap om tekniken och utförandet av en laserskanning behövdes för att utföra rapporten. Därför gjordes ett besök på Simpleworks AB som utför laserskanningar på uppdrag av Cad-Q. Tillsammans med grundaren, Esbjörn Nordesjö, gjordes en kort demonstration av hur en laserskanning går till, vilka utrustningar de använder sig av, vad som bör tänkas på vid utförandet och om eventuella felkällor. När fältarbetet var färdigt visades hur bearbetningsprocessen av punktmoln går till som skapats genom inmätning med laserskannern. Under ett kontorsbesök i Karlstad intervjuades Joakim Danielsson och Bo G Ericsson, Cad-Q. Där gick de igenom behovet av 3D-modeller och vad kunderna vinner på det. En genomgång av arbetsprocessen med befintliga ritningar som underlag för modellering, olika aktörer som har användning med 3D-modell fördelarna med det. I Göteborg där mötet med William Westin, Cad-Q ägde rum förklarades hur modellering med 3D-laserskanning som underlag går till. Tidigare kurser på KTH Byggteknik & Design inom CAD och Revit har varit till stor hjälp att förstå hur programvaran fungerar och det har varit en grundinlärning i hur 3D-modellering fungerar. Även andra examensarbeten inom laserskanning har varit relevanta för att få mer teoretisk kunskap om själva tekniken. 9

20 10 Johnny Fjärdsjö & Nasir Muhabatt Zada

21 4 Övergripande arbetsprocess I detta avsnitt beskrivs Cad-Q:s övergripande arbetsprocess med underlag från ritningar/cad-ritningar och laserskanning. Inledningsvis presenteras arbetsprocessen med en enkel processkarta som sedan följs upp av kortare beskrivningar inom varje moment i processen. 4.1 Inledning Denna processbeskrivning är en allmän beskrivning av tillvägagångssättet vid 3D-modellering av byggnader. Processen delas upp i olika moment där första steget är upphandling, där information, projektbeskrivning och önskemål som tillsammans med kunden tas fram vid projektstart. Därefter sker en sammanställning av alla underlag för att avgöra om underlagen är tillräckligt bra för att modelleras från eller det krävs en laserskanning. Tredje delen i processen är en förberedning som innebär en intern uppdelning av arbetet. Därefter består arbetsgången av att skapa modeller och upprätta projektinformation. Avslutningsvis skall projektet avslutas, där avslutningen varierar beroende på vad avtalet säger (Moberg, 2014). Figur 4.1. Beskriver Cad-Q:s övergripande arbetsprocess. 4.2 Upphandling Oftast är det befintliga kunder som kommer med nya förfrågningar till Cad-Q. Då kontaktas projektledarna (PL) för sina respektive kunder. Tillsammans med kunden tittar dem på vad projektet handlar om, material som finns, modellens detaljeringsnivå, byggnader som skall modelleras och bestämmer en tidsram för projektet. Om det är nya kunder skickas det en förfrågan för att få ett offertförslag från Cad-Q. Vid upphandling med offentlig sektor över en viss summa pengar gäller Lagen om Offentlig Upphandling (LOU). Den offentliga sektorn går ut med förfrågan där alla relevanta företag har möjlighet att lämna anbud. I de fall där Cad-Q vunnit upphandlingen skrivs ett avtal på 3 år med möjlighet till förlängning på upp till 5 år (Svensson, 2014). 11

22 Innan avtalet skrivs under kartläggs allt material och vilket förväntat slutresultat kunden vill ha, samt bestämmer omfattningen av projektet. Därefter upprättas en projektdefiniton som beskriver vad som skall ingå projektet, ritningsunderlag identifieras och kunden skriver på avtalet tillsammans med PL. En tidig överenskommelse om handlingarna är viktigt för att på så sätt undgå tilläggsarbeten om eventuella ändringar upptäcks senare (Åhman, 2014). 4.3 Sammanställning av underlag Cad-Q använder sig av olika metoder vid framtagning av 3D-modeller, beroende på olika förutsättningar och vilka typer av underlag som finns tillgängligt. Vid en sammanställning av underlagen går PL igenom projektbeskrivningen och kundens förväntade slutprodukt. Beroende på vilken detaljeringsnivå kunden vill ha, och med avseende på 3D-modellens funktion väljs det mest lämpliga underlagen för projektet. Om kundens avseende med 3Dmodellen bara är för uppmätning av areor och för visualisering kan det vara lämpligare att rita modellen med underlag från pappersritningar. Här gäller det att sammanställa alla rasterfiler som då används vid modellering (Danielsson, 2014). Figur 4.2. Ett exempel på en inskannad ritning. Källa: Joakim Danielsson. Om kunden planerar en ombyggnation eller renovering av en byggnad och vill ha en 3Dmodell som skall användas för projekteringsunderlag är det lämpligare att göra en laserskanning av byggnaden, då de befintliga ritningarna inte alltid överensstämmer med verkligheten. Då gäller det att sammanställa 2D-underlagen till en underleverantör som utför laserskanningen. 12

23 4.4 Förberedning När projektansvarige (PA) tar över ansvaret görs förberedningsarbeten som skall följas upp av modellerarna och andra inblandade parter. Arbeten delas upp mellan modellerarna och PA upprättar tidsplan varje uppdelat projekt. PA redigerar och kontrollerar att kvaliteten på underlagen är tillräckligt bra för att användas. Uppföljningar sker kontinuerligt för att stämma av och klargöra eventuella funderingar och se till att projektet ligger fas (Danielsson, 2014). 4.5 Modellering När förutsättningarna är klara och de underlag som har tillräckligt bra kvalitet tagits fram börjar skapandet av 3D-modeller. Vid större projekt görs en pilotbyggnad från start till slut som presenteras till kunden. När piloten är godkänd av kunden utifrån dess villkor fortsätter uppritningen med resten av projektet. I modellen läggs metadata in för varje del i byggnaden, såsom areor, volymer, rumsnummer, material etc. Det görs kontinuerliga avstämningsmöten med kunden för att kontrollera att modellen hela tiden stämmer överens enligt de krav och önskemål som är angivna i projektdefinitionen (Danielsson, 2014). 4.6 Avslutning När modelleringen är klar och godkänd från kund avslutas projektet. Detta görs på olika sätt, beroende på vad som är överenskommet i avtalet. För att kunden skall kunna se modellen gör den tillgänglig via publicering. Om kunden har ett eget arkiv läggs materialet upp där, men om kunden vill att all arkivering skall skötas av Cad-Q läggs allt material in i deras arkivtjänst. Cad-Q:s arkivtjänst erbjuder kunden förvaring och hantering av ritningar där uppdateringar sker till gällande relation. Det görs också interna och externa utvärderingar för att se vilka lärdomar som tas med till nästa projekt för erfarenhetsåterföring och vad som varit positivt respektive negativt under arbetets gång (Ericsson, 2014). 13

24 14 Johnny Fjärdsjö & Nasir Muhabatt Zada

25 5 Arbetsprocess vid pappers-/cad-ritning som underlag I detta avsnitt beskrivs arbetsprocessen för modellering med underlag från pappers-/cadritning. Med processkartan (se figur 4.1) som utgångspunkt kommer varje del i processen att beskrivas mer detaljerat. Figur 5.1. Arbetsprocess vid modellering med pappers-/cad-ritning som underlag. (Förklaringar: PL Projektledare, PA Projektansvarig). Se bilaga 1 för större bild. 5.1 Upphandling De flesta uppdragen som Cad-Q gör är antingen åt kunder som använder sig av Cad-Q:s arkivtjänst, kunder som fått sina pappersritningar inskannade tidigare eller de kunder som gjort liknande projekt på Cad-Q. Innan kunden har bestämt sig för att anlita Cad-Q, finns endast en relation mellan kunden och säljaren. PL kommer in när ett avtal är signerat och sköter kontakten mot kunden. PL preciserar punkterna i avtalet för att underlätta handlingarna och till sin hjälp används frågeställningar som PA av erfarenhet vet är bra att reda ut innan projektet startar (Åhman, 2014). 15

26 Typexempel på några viktiga frågor är: Vad skall de nya framtagna handlingarna användas till? Vilka delar av objektet skall redovisas? Skall endast A-ritningar modelleras? Skall fast inredning inkluderas? Skall gatuadressens namn synas? Skall man modellera geografiska läget runt om? Förslag på namngivning av filer? Skall status på de gamla inskannade ritningarna vara synliga i modellen? Vilken rumsinformation ska synas i modellen? Skall rumsbenämningar visas som text eller som en viss standardisering på ritning (WC, Toalett etc.)? PL preciserar avtalet både mot kunden och mot PA för att skapa en handling som är så tydlig som möjligt. När PL och kunden är överens om de viktigaste punkterna skapar PL en projektbeskrivning utifrån avtalet och upphandlingen. Efter genomgång av handlingarna uppskattar PL omfattningen av projektets bruttoarea (BTA), upprättar en tid- och resursplan som krävs för 3D-modellering av de framtagna underlagen. Ibland kan det vara svårt för PL att bestämma tid för att färdigställa av hela projektet eftersom kunden ofta delar in leveranser av sina underlag i etapper, alltså att kunden ständigt levererar nya underlag för nästkommande delar i projektet (Åhman, 2014). Nästa punkt som reds ut med kunden är att identifiera en pilotbyggnad. En pilotbyggnad är en prototyp av en färdig modell som skall representera hela projektet. Det ger en grund för hur ritningarna kommer att tolkas, vilket medför ett standardiserat slutresultat som kunden kan förvänta sig. Det är PL och kunden som kommer överens om hur stor pilotbyggnaden skall vara och över vilken del den skall behandla. När alla parter (PL, Kund, PA) är överens om projektbeskrivningen, påbörjar PL tillsammans med kunden en sammanställning av underlagen för att få en överblick över kvaliteten på underlagen. 5.2 Sammanställning av underlag Kunderna (fastighetsägarna) sitter på flertal gamla ritningar och är obekanta med vilka ritningar som är bäst lämpade till respektive byggnad i projektet. Därför säkerställer PL att kunden tar fram relevanta underlag och att de tillsammans identifierar rätt underlag för varje byggnad. Ritningar som behövs vid 3D-modellering är planritningar, sektionsritningar 16

27 (för att se korrekta bjälklagshöjder) och fasadritningar (för att få en uppskattning om byggnadens utseende) (Åhman, 2014). Kunder som använder sig av Cad-Q:s arkivtjänst finns ritningarna för inhämtning i original arkivet Dokumentnavet och HyperDoc. Ritningar som finns i arkivet innehåller ett specifik ritnings-id och det är kundens ansvar att göra en sammanställd lista över gällande ritningar (planer, fasader, sektioner etc.) beroende på vad som skall modelleras. Antingen tas ritningarna fram av PL eller så vidarebefordras listan till PA. Om ritningarna enbart finns tillgängligt på en server lokalt hos kunden, eller om de är nya kunder får PL istället rasterfiler (inskannad ritning) eller pappersritningar som skannas in av Cad-Q. Det förekommer även att underlagen finns som otydliga CAD-ritningar som består av enkla linjer (Danielsson, 2014). 5.3 Förberedning PA ansvarar för förberedningsarbeten och när underlagen är sammanställda går PA igenom ritningarna, kontrollerar kvaliteten och att ritningarna är skalenliga. För att inskannade ritningar kan ha dålig upplösning och vara otydliga att läsa. För att åtgärda och tydliggöra detta behövs städning och redigering av ritningarna. För städning av ritningarna använder Cad-Q sig av ett program, SuperEdit. Programmet kan enbart öppna upp rasterfiler som har formatet Tagged Image File (TIF) eller (CALS) som sedan efter redigering användas i AutoCAD eller Revit (Danielsson, 2014). De ritningarna är inhämtade från Cad-Q:s originalarkiv är sällan felaktiga i skala eftersom detta har kontrollerats innan de lagts in i systemet. Ifall om skalan är felaktig så korrigeras det också i SuperEdit. Om skalstock finns på ritningen ställs skalan om utifrån den, men om varken skalan stämmer eller skalstock finns används ett känt fast mått som referens för att skala om ritningen, där måttet kontrollmäts av kunden på plats. Efter redigering av ritningar upprättar PA ytterligare en projektbeskrivning och andra stöddokument för att modellerarna lätt skall kunna följa upp kundens önskemål. Alla dokument sammanställs och läggs i rätt projektmappar som är lättillgängliga för att ta fram. På samma gång skapas en overwiew-lista över projektet, för att se vilka byggnader som har påbörjats och vilka som har avslutats. I listan visas också eventuella oklarheter som uppstått samt de aktiviteter som skall utföras på varje byggnad under projektets gång, som t.ex. uppritning, areasättning, publicering och kontroll (Danielsson, 2014). 17

28 Nästa steg är att se över piloten som innebär inhämtning och redigering av pilotbyggnadens underlag. Piloten skapas över den delen i projektet där så många frågor som möjligt kan upptäckas från början. Exempelvis utses inte det minsta huset såsom ett garage eller industrilokal som inte är speciellt komplicerat och går fort att rita. Istället bestäms den delen som kan upptäcka många frågor och problem som projektet kan innehålla. Varje byggnad är oftast unik och skiljer sig från varandra men genom upprättning av en pilotbyggnad har då många gemensamma frågeställningar identifierats. Dock kommer det alltid upp specifika frågeställningar för varje byggnad som behandlas därefter (Danielsson, 2014). 5.4 Modellering Innan modellering av projektet påbörjas krävs att kunden godkänner piloten. När piloten är godkänd startar skapandet med resterande modeller. Flera medarbetare ansluts till projektet beroende på tidsaspekt och omfattning. Den som ansvarar för modellerarna, Teamleader (TL) och PA bär ansvaret att projektet utförs på rätt sätt och instruerar dem vid problem. PA och TL följer upp projektet veckovis och har daglig kontakt med modellerarna för att besvara deras frågor, där allt sammanställs i en lista kallad FAQ-mapp. Efter att piloten är godkänd vill vissa kunder ha uppföljningar av projekt på avstämningsmöten efter att varje delprojekt är klar, medan andra kunder vill ha en färdig modell och därefter gå genom det i slutet. En del kunder vill också ha PDF-filer skickade till sig över alla plan när modelleringen är färdig. Efter att ha gått genom modellen och det är godkänt, mot tar kunden PDF-filerna och bär ansvaret för att kontrollera att byggnaderna stämmer överens enligt modellen. Detta är speciellt vanligt då det har skett en ombyggnation eller renovering. I fall fel och eventuella ändringar upptäcks återkommer kunden till Cad-Q. Om Cad-Q bär ansvaret för felen gäller det att identifiera vart felet ligger och åtgärda dem. Är det istället ändringar som kunden vill ha, men som inte hade tagits hänsyn till i avtalet räknas det som tilläggsarbete. Då gäller det på nytt att komma överens med kunden om det skall göras (Danielsson, 2014). 18

29 Figur 5.2. Bilden visar en del i byggnaden före och efter modellering. Källa: Joakim Danielsson. 5.5 Avslutning Generellt sätt är avslutningsprocessen likadan oavsett vilket modelleringsprocess som utförts. När modellen är färdig och kunden är nöjd med resultatet avslutas projektet enligt överenskommelse med kunden. Om kunden enbart vill ha modellen och ta över hanteringen publiceras modellen på en server, men om kunden vill använda Cad-Q:s arkiveringstjänst så arkiveras modellen i original-arkivet. Publicering av modellen innebär att den blir tillgänglig för kunden i Cad-Q:s databas som är en internet-baserad databas, HyperHouse. Om kunden inte har tillgång till HyperHouse läggs modellen upp på en server där kunden ladda ner modellen. Ifall kunden inte heller har tillgång till någon server skickas filerna på ett USB-minne eller en hårddisk (Danielsson, 2014). Befintliga kunder som använder Cad-Q:s egen arkiveringstjänst, slipper ta ansvar för hanteringen av ritningar. Modellen arkiveras i Dokumentnavet och HyperDoc. Arkivering sker i flera steg, där metadata fylls i för varje ritning så att ritningen blir sökbar vid behov. Modellen skall dokumenteras och föregående ritningar i arkivet skall uppdateras gällande mot nya ritningen. Fördelen med arkiveringstjänst är att om Cad-Q arbetar på ett nytt uppdrag åt kunden kan Revit-modellen användas som underlag vid ett nytt projekt istället för att utgå från de inskannade ritningar som användes från början (Ericsson, 2014). 19

30 När modellen blir tillgänglig för kunden görs utvärderingar. En intern utvärdering sker tillsammans med modellerarna om vad som gick bra respektive dåligt och vad som bör tänkas på inför nästa projekt. En extern utvärdering mellan kunden och PL för att höra kundens omdöme och tycke (Ericsson, 2014). Figur 5.3. En nästan färdig 3D-modell uppritad från ritningsunderlag. Källa: Joakim Danielsson. 20

31 6 Laserskanning I detta avsnitt beskrivs metodiken bakom laserskanning, några tillverkare och deras produkter. 6.1 Metodiken bakom laserskanning En av metoderna som används vid 3D-modellering av befintliga byggnader är laserskanning. Det är en relativt ny teknik som ständigt utvecklas och som i framtiden kommer att vara en ledande metod för 3D-modellering. Tekniken togs fram i USA på mitten av 90-talet och Norge var först i Skandinavien att använda laserskanning. När tekniken kom till Sverige användes det främst inom kärnkraftsindustrin och för tunneldokumentation (Nordesjö, 2014). En laserskanner använder sig av avståndsmätning där en laserstråle sänds ut mot ett objekt tusentals gånger per sekund (360⁰ horisontellt och 310⁰ vertikalt). Strålen reflekteras tillbaka till skannern där tid och avstånd registreras. Skannern fördelar mätningar över ett större område och registerar ett stort antal punkter. Punkterna bildar objektets yttre form i tre dimensoner och avbildar ett punktmoln. Det finns tre olika typer av laserskanning: flygburen, bilburen och terrester laserskanning (markburen), där grundprincipen är samma för alla tre - att mäta avstånd med hjälp av laserteknik (Lantmäteriet, 2013). Som tidigare nämnt i avsnitt 1.3 avgränsas rapporten endast till terrester laserskanning. Figur 6.1. Visar hur skannern mäter punkter i vertikalt och horisontallt läge. Bildkälla: Simpleworks. 21

32 6.2 Terrester laserskanning Terrester laserskanning är den teknik som främst används vid laserskanning av byggnader och fungerar ungefär på samma sätt som de resterande laserskanningsmetoderna. Avståndsmätningen beräknas antingen genom impulsmetod eller genom fasskillnadsmetod som beskrivs nedan. 6.3 Impulsmetod (time-of-flight) En impulsbaserad skanner består av en sändare, en mottagare, en pulsräknare och en mikroprocessor. Principen är den att sändaren skickar ut en laserimpuls som reflekteras tillbaka mot objektets yta och tas emot av mottagaren. En pulsräknare startas och mäter färdtiden det tar för impulsen att nå mottagaren. När tiden är framräknad fås sträckan fram genom att multiplicera tiden med ljusets hastighet. Hela processen är datorstyrd och registrerar tusentals punkter per sekund. Hela resultatet av skanningen slås ihop och skapar ett punktmoln som representerar ett 3D-objekt. Fördelen med impulsmetoden jämfört med fasskillnadsmetoden (beskrivs i avsnitt 6.4) är att den kan mäta längre avstånd och mätningarna kan utföras utan en reflektor. Nackdelen är dock att mätningen kan vara mindre noggrann och tar längre tid (Lantmäteriet, 2013). Figur 6.2. Mätning enligt impulsmetoden. Bildkälla: Simpleworks. 22

33 6.4 Fasskillnadsmetod En skanner som använder fasskillnadsmätning består av samma komponenter som i en impulsskanner, men mäter våglängder istället för tiden. Sträckan beräknas genom bestämma antalet hela våglängder och därefter mäta fasskillnaden mellan utsända och inkommande signaler. Här sker mätningen mot en reflektor och skannern mäter tusentals punkter per sekund. Reflektorns yta har dock stor inverkan på hur långt ifrån mätning kan ske, där ytor med bra reflektionsförmåga kan skannas från längre avstånd än de med sämre ytor (Lantmäteriet, 2013). Figur 6.3. Mättning enligt fasskillnadsmetoden. Bildkälla: Simpleworks. 6.5 Tillverkare Idag finns det laserskannrar tillverkade av tre stora företag på den svenska marknaden - Leica Geosystems, FARO och Trimble. De har i Sverige antingen en egen verksamhet eller återförsäljare som sköter verksamheten åt dem. Nedan följer en kort beskrivning om varje tillverkare, deras produkter samt olika mjukvaror Leica Geosystems Leica Geosystems är en del av Hexagon Group med sin bas i Heerbrugg, Schweiz. Hexagon är en världsledande leverantör av mät-, design- och visualiseringsteknik och är ett företag som finns i 28 länder med över 3000 anställda. Leica Geosystems har med sina 200 års 23

34 erfarenheter inom mätteknik blivit ett av de ledande företagen i Sverige inom laserskanning och finns utspritt i sex städer runt om i Sverige: Stockholm, Göteborg, Malmö, Örebro, Luleå och Härnösand. Sammanlagt är det 27 anställd i Sverige som är inriktade i försäljning, support och service av Leica Geosystems produkter som kan köpas, leasas eller hyras hos utvalda återförsäljare (Leica Geosystems, 2014) Produkter och mjukvara Leica Geosystems erbjuder olika typer av skannrar med varierande användningsområden, men i rapporten görs en kortfattad beskrivning av Leica HDS7000 och Leica ScanStation C10 som är två populära skannrar. Leica HDS700 har en räckvidd på ca 180 meter och bygger på fasskillnadsmetoden. Den kan registrera en miljon punkter per sekund vilket gör att den är bäst lämpad för inomhusmätningar där byggnaden är komplex och kräver många uppställningar (Leica Geosystems, 2014). Leica ScanStation C10 använder sig istället för impulsmetoden och med sin räckvidd på ca 300 meter är det en skanner som lämpar sig bättre för utomhusmiljö (Leica Geosystems, 2014). Leica Geosystems använder sig av mjukvaran HDS Cyclone för hantering av punktmoln. Med denna mjukvara kan användaren på ett effektivt sätt bearbeta inskannat punktmoln. HDS Cyclone innehåller olika mjukvarumoduler som används för att hantering av punktmoln i olika stadium: IMPORTER, SCAN, REGISTER, MODEL, SERVER, SURVEY, VIEWER och PUBLISHER. Förutom HDS Cyclone erbjuder Leica Geosystems även Cloudworx, ett program som gör det möjligt att använda punktmolnet i en rad olika modelleringsprogram som bl.a. AutoCAD och Revit (Leica Geosystems, 2014). Figur 6.4. Leica ScanStation C10 och Leica HDS7000. Bildkälla: Leica Geosystems. 24

35 6.5.3 FARO FARO Technologies Inc. grundades i Montreal, Kanada 1981 av två doktorander i medicinsk teknik, Simon Raab och Gregg frazer. Två år senare bytte företaget namn till FARO och började då utveckla teknik och programvara för avancerade kirurgiska och diagnostiska metoder. FARO är ett globalt företag och en av världens mest betrodda tillverkare för 3Dmätteknik. De tillverkar och marknadsför mätinstrument samt mjukvara för bearbetning av mätdata. Tekniken bakom deras produkter möjliggör hög precision och bildbehandling inom produktions- och kvalitetssäkringsprocesser. FARO har inget kontor i Sverige men verksamheten sköts av återförsäljare (FARO, 2014) Produkter och mjukvara FARO har i nuläget endast en skanner på marknaden, FARO FOCOS 3D. Det är en höghastighetsskanner som är mest lämpad för terrester laserskanning. Skannern är byggd på fasskillnadsmetoden och registerar punkter per sekund. Den har en räckvidd på 120 meter men bör inte mer användas vid ett längre avstånd än 50 meter för att erhålla hög noggrannhet. Den genererar också högkvalitativa färgbilder på kort tid under skanningen (FARO, 2014). Inskannade punktmoln som erhålls från FARO FOCOS 3D bearbetas i ett eget mjukvaruprogram framtaget av FARO och som heter SCENE. Bearbetning av punktmoln sker på ett enkelt och effektivt sätt genom automatisk objektigenkänning. Förutom bearbetning av punktmolnet används mjukvaran också för att importera punktmolnet till andra modelleringsprogram (FARO, 2014). Figur 6.5. FARO FOCUS 3D. Bildkälla: FARO. 25

36 6.5.5 Trimble Trimble är bland de ledande företag inom GPS-teknik som grundades 1978 och har sitt huvudkontor i Kalifornien. Trimble erbjuder unika innovativa produkter som ger kunderna möjlighet att hantera och analysera komplex information på ett sätt som gör kunderna mer lönsamma, produktiva och effektivare än tidigare. Trimble levererar avancerade produkter och maximerade lösningar för positioneringssystem inom laser, GPS och optik i mer än 150 länder världen över (Trimble, 2014) Produkter och mjukvara Trimble erbjuder en rad olika skanners och men i rapporten avgränsas Trimble TX8 och Trimble FX. Trimble TX8 är en kraftfull skanner som oftast används i krävande projekt. Den registrerar en miljon punkter per sekund med en räckvidd på 340 meter samtidigt som hög noggrannhet erhålls över hela området. Med Trimble TX8 kan skanning av byggnaden ske i hög hastighet och samtidigt innehålla mer detaljerad data (Trimble, 2014). Trimble FX använder sig av fasskillnadsmetoden och registrerar upp till punkter per sekund med en räckvidd på 60 meter. Skannern kan fjärrstyras via WiFi-anslutning från en bärbardator som förenklar arbetet ute i fält. Trimble FX är bäst lämpad att användas i industriella miljöer, där efterfrågan på skanningen skall innehålla hög upplösning och hög noggrannhet (Trimble, 2014). Likt Leica Geosystems och FARO har även Trimble framtagit en egen mjukvara för bearbetning av punktmoln. Programmet heter Trimble RealWorks och där registreras och bearbetas punktmoln från skanningen. Data som skapats kan sedan konverteras till andra filformat för vidare modellering i andra program (Trimble, 2014). Figur 6.6. Trimble TX8 och Trimble FX. Bildkälla: Trimble. 26

37 7 Arbetsprocess vid laserskanning som underlag I detta avsnitt beskrivs arbetsprocessen för modellering med underlag från laserskanning. Med processkartan (se figur 4.1) som utgångspunkt kommer varje del i processen att beskrivas mer detaljerat. Figur 7.1. Arbetsprocess vid modellering med 3D-laserskanning som underlag. (Förklaringar: PL Projektledare, PA Projektansvarig, UL Underleverantör). Se bilaga 2 för större bild. 7.1 Upphandling Kunderna har oftast relativt liten kunskap om fördelarna och den slutprodukt som skapas med laserskanning. Det är en anledning till varför det sällan förekommer några kravspecifikationer från kunderna. I de fall då kravspecifikationer saknas gäller det för PL att tydliggöra med kunden till vilket syftet med modellen och vad den kommer användas till. Om modellen är avsedd för användning inför projekteringen skall PL vid upphandlingen reda ut vilka delar av projektet som skall laserskannas samt vilken detaljeringsnivå som skall sättas för modellen. Detta är nödvändigt eftersom allt i rummet blir synligt i punktmolnet efter en laserskanning. Att modellera varenda detalj t.ex. utsmyckningar i fasader, golvlister och fönsterspröjsar som ingen kommer att ha nytta av, är både tids- och resurskrävande. PL gör platsbesök där laserskanning skall utföras för att bilda en uppfattning om objektets komplexitet, tar bilder och skapar checklistor som sedan gås igenom med kunden för att undgå oklarheter vid avtalstecknande (Svensson, 2014). 27

38 7.2 Sammanställning av underlag Sammanställning av underlag sker på samma sätt som i avsnitt 5.1. Därefter överlämnas 2Dunderlagen inklusive en projektbeskrivning till en underleverantör som planerar och utför laserskanningen. Punktmolnen som skapas innehåller mer information och är utförda med mycket större noggrannhet än befintliga ritningar. Elledningar, ventilationsrör och andra installationer blir också synliga i punktmolnen som lättare kan tas hänsyn till vid modellering. För att beskriva förberedningsarbetet vid laserskanning gjordes ett besök vid utförandet av en laserskanning under ledning av Esbjörn Nordesjö, Simpleworks. 7.3 Förberedning och utförning En laserskanning utförs i en rad olika steg för att uppnå ett användbart underlag för 3Dmodellering. Det första momentet är att lokalisera skannern i ett känt koordinatsystem, antingen rikets eller ett lokalt koordinatsystem. Genom inmätning med en totalstation mot en fixpunkt, vars koordinater är kända, beräknas exakta koordinater för första placeringen av skannern. De framräknade koordinaterna används sedan för att relatera alla skanningar från olika positioner till samma koordinatsystem (Westin, 2014). En skanning tar ca 1-5 min beroende på typen av skanner som används och vilken upplösning som kunden efterfrågar. Viktigt att tänka på är att skannern är korrekt uppställd för att skanna så mycket yta som möjligt, och att kalibrera laserskannern i plan med golvet. Efter uppställning och kalibrering sätts måltavlor upp som används som referenskoordinater för att sammanlänka skanningarna med varandra (se figur 7.1) (Nordesjö, 2014). 28

39 Figur 7.1. Visar olika uppställningar vid laserskanning av en byggnad. Bildkälla: Simpleworks Registrering och databearbetning Det krävs flera skanningar av byggnaden från olika positioner för att bilda ett komplett 3Dpunktmoln. Punktmolnen som bildas av skanningar måste transformeras till ett gemensamt koordinatsystem (se avsnitt 7.2.1), där transformationsprocessen kallas för registrering. Att registrera punktmoln från två olika positioner kräver överlappning av skanningar. Det finns olika sätt att genomföra registreringen, men denna rapport begränsas endast till den metod som är vanligast - registrering från referenstavlor. Totalt måste sex transformationsparametrar bestämmas. Tre koordinataxlar: ΔX, ΔY, ΔZ och tre rotationer kring koordinataxlarna: ω, φ, κ (se figur 7.2) (Lantmäteriet, 2013). Figur 7.2. Visar skanningar som överlappar varandra från två uppställningar. Bildkälla: Lantmäteriets kompendium. 29